实验模式设计的基本要素.doc

一、实验模式设计的基本要素在实验模式设计时经常需要考虑三个基本要素：（一）变量实验设计中包括三类变量：实验变量，即自变量。它是由实验者设计安排的，人为操纵控制的，有计划地变化的实验情境或条件因素。反应变量，即因变量。它是随着自变量的变化而变化的，是实验者需观察、测量、计算的变化因素。无关变量，即干扰变量。它是除实验者操纵控制而有计划地变化的实验变量之外，另外一些影响反应变量变化的其他干扰因素。它使实验者无法对所得的结果做出正确的判断和解释。实验的基本操作就是研究实验变量对实验对象施加作用之后。实验对象产生怎样的反应变化，从而了解实验因素的作用。通常使用如下符号表示：O实验对象，X实验变量，Y反应变量的测量结果，XO实验因素X对实验对象施加作用，C整个实验结果。（二）事前测验与事后测验在实验因素未对实验对象施加作用之前，事先对因变量进行测量，即事前测验，其结果通常用Y0表示。在实验因素对实验对象施加作用之后所进行测量，即事后测验，其结果用Y表示。（三）实验组与控制组利用随机取样或测量配对选择而形成的两个条件相等的样本组，其中一组接受实验因素的作用，即实验组，用O实表示。另外一组将不接受实验因素的作用，只作为比较标准，即控制组，用O控表示。根据实验的目的要求不同，教育传播实验最常用的模式有三种，即单组实验模式、等组实验模式和循环实验（或称轮组实验）模式。 二、单组实验单组实验，是指同一实验因素X，只对同一组（或一个）实验对象O施加作用，然后测定对象所产生的变化，以确定实验因素的效果如何。单组实验通常采用前测与后测比较的方法来研究实验因素的效果。在未进行实验处理之前，先进行一次测量（称为前测），其结果为（Y0），在进行实验处理（XO）之后，再进行一次测量（称为后测），其结果为（Y），则整个实验结果CYY0，其操作过程可用表4-1表示。三、等组实验以两个或两个以上条件相同的实验组（等组）为实验对象（O1和O2，O1O2），使之分别接受不同的实验因素的作用(X1和X2)，然后将各个实验因素所产生的效果加以测量和比较。实验操作过程可用表4-2表示。等组实验操作也可用公式表示为：等组实验最重要的条件是各组必须尽量相等，即要符合O1O2的条件。相等的含义是指除实验因素外，所有能影响实验的其他因素，实验对象的原有水平必须基本相同或相等。为了选择等组，通常采用两种办法：1随机取样法 这是利用随机取样方法，从总体中随机抽取两组数目相同的样本分别作为实验组和控制组。2测量配对法 这是在进行实验前，先把实验对象进行一次测量，并把测量结果按分数多少的顺序排列好，然后再按顺序位置，以如下方法把对象分派到两组去。这样的分组，不会使某一组占有特别的优势。这类设计模式的特点是： 克服了对象选择的干扰； 两组都有前测和后测，有（Y1Y10）和（Y2Y20）之间的对照，这样，由于时间、对象的成长和测量工具等干扰因素的影响是相同的，因此这类设计的内在效度有了显著提高。四、轮组实验有时候因受到许多条件的限制，无法对实验对象进行随机抽样处理，也无法进行测量选择分派。在这种情况下，则可以采用轮组实验法，即把各个实验因素轮换作用于各个实验组，而各实验组条件并不均等；然后，根据各个实验因素作用所引起的变化总和来决定实验结果。如表4-3所示：实验结果为分别比较X1、X2、X3各因素的作用效果之间的差异情况，即比较C1C2或C2C3或C3C1之间是否存在差异。这种轮组实验，不仅使每个实验因素在各组中循环作用了一遍，而且在实验次序的每一个地位上也都循环了一遍，这就不至于使某一个实验因素由于总是排列在最先、最后或中间而受到有利的或不利的影响。通常在教育技术实验研究中，实验对象常是两个条件不同的班，而实验因素是两种不同的教学方法（或运用不同的媒体），则可以采用如下表4-4所示的简化模型：实验结果CC1C2。这种实验法具有如下优点：1不要求各组均等，因而省去了均等组别的麻烦；2在实验过程中，各实验因素对实验对象的作用次数增多，平均效果正确性可增长；3无关因素的影响机会与次数相同，可以减少无关因素的影响。实验变量的操纵控制和测量一、实验变量控制和测量的基本内容实验操作中包括对实验变量（自变量）、反应变量（因变量）和干扰变量三类变量的控制和测量。实验者应有效的操纵实验变量，努力控制和排除无关变量，尽量降低对反应变量测量的误差，以提高实验的效度。实验者对三类变量的控制关系可用图4-3表示： 在实验设计中，变量的控制包括如下几个方面。（一）对实验变量的有效操纵对实验变量有效操纵的原则是要有系统的变化，而且变化的差异要尽可能大。因此，通常在实验设计时选择两个极端值，或取其最佳值，或选择几个具有代表性的值作为实验刺激的条件。例如，以教学方法作为实验变量时，则两种（或两种以上）教学方法应有显著的不同，实验才能取得成效。又如，若以媒体的刺激量或刺激持续时间作为实验变量时，则要把刺激量或刺激持续时间分成几个等级，每个等级之间应有显著的不同，并且最好是包括有极端值的情况，即完全没有刺激或刺激时间为零的情况。（二）对无关变量干扰的控制在实验过程中，有许多无关因素干扰实验过程，影响实验的结果，这些干扰因素，根据其显现的状态可分为两大类：外扰变量。这是指除了预定的实验变量之外，一切可能影响实验结果的、可以明确辨认的外在因素，如受试者的年龄、性别、身体机能（视力、听力）等。中介变量。这是指除了预定的实验变量之外，可能对实验结果发生作用的内在因素。它不能直接被观察辨认，只能凭个体外显行为的线索去推知这种干扰的存在，如受试者的动机、性格、态度等。控制这些干扰因素的原则是使干扰因索保持不变，或使其达到最小的变化，或者将其排除出外。（三）减低测量误差实验因变量的变化情况是通过测量工具来测定的。测量方法包括有心理测验、问卷、量表、测验试题、各种反应仪器等。但是，任何工具都不可能做到百分之百的准确，因此设计时就需要合理选择、设计和正确使用测量工具，如问卷设计的合理性，测验试题设计、评分标准的掌握，反应仪器灵敏度的调整等等，都应尽量使误差降到最低限度，以减少测量误差对实验结果的干扰。 二、变量控制的目的在于提高实验效度实验效度是指实验的准确性和代表性。实验效度是影响着实验设计、实施、解析、推广、评价等工作的重要因素，它是衡量实验成败、优劣的关键性的质量指标。实验效度是由内在效度和外在效度两部分构成。内在效度决定了实验结果的准确性，影响到对实验结果的解释。外在效度则直接影响实验结果的可推广性。（一）实验的内在效度这是指实验方面的准确度问题，即实验设计能否有效地控制变量，以使研究者能够清楚地解释所得的实验结果。如果一个实验设计，除了研究者所控制的实验变量外，还有其它变量也影响反应变量的变化，使研究者无法正确解释所得的实验结果，则该项实验设计的内在效度就很差。在进行教育技术实验研究中，影响实验内在效度的因素主要有：1.时间由于实验周期较长，除了实验变量之外，一些未经控制的因素会在较长的实验过程中介入，从而引起实验结果的变化。2.对象成长在实施实验的过程中，受教育者可能会产生生理上或心理上的变化，如成熟、自信心的增强等，从而使实验结果发生变化，而这种变化并非是由实验变量所导致的。3.测验动机当学生知道自己是在参加实验，是被研究的对象时，往往会产生一种特殊的心理反应，他对实验变量的刺激就有了一种准备性的动机。另外，进行多次重复性的量度时，受试者也就有了心理的准备，即使对同一个问题，往往第二次的口答反应“自动”地与第一次不同，而这种差别不是来自实验变量的刺激，而是由测验动机所引起的。4.对象的损耗由于某种原因，受试者没有“合作”，例如问而不答，试卷没有交，中途缺席等现象都可能影响统计的结果5.测量的误差进行测验时，试题设计不当，评卷者对评分标准掌握的程度，评卷人的心理状态与动机等，都直接影响到实验的准确性。(二）实验的外在效度这是指实验结果的可推论性，即代表性问题，表示实验结果是否适合于推广应用，能否做到对同类事物现象作解析、预测和控制。如果实验结果只适用于某一范围（如年级、学科、性别等）而不能推广到其他同类事物现象，则表明其外在效度比较差。通常影响外在效度的主要因素有：实验情境的过分人工化受试对象缺乏代表性测量工具选择的特殊性在进行教育技术实验设计时，必须考虑要使实验设计达到两方面的要求。第一，要能有效地控制实验情境，安排好实验变量，控制其他可能发生影响的干扰因素，保证反应变量的变化，确实是由于实验变量变化所产生的。第二，要考虑到实验研究的结果能推广应用，能对同类事物现象进行解析、预测和控制。因此，在实验设计时，都必须考虑如何提高实验效度的问题。为了提高实验的内在效度和外在效度，在实验过程中，通常采用如下的一些方法来控制干扰因素。1.恒定法即在设计实验时，为了将可能影响结果的干扰因素排除在实验条件之外，可使之保持恒定。例如，实验者考虑到某一实验结果，会受学生年龄的影响，因而可采用在单一年龄区间（如1920岁）内进行实验，以排除年龄因素的影响。但是，从实验研究的价值来看，使用恒定法后所得的研究结果缺乏普遍的推论性，因而其外在效度是较低的，故在实验设计时，恒定法并不常用。2.纳入法这是把影响实验结果的某种干扰因素也当作自变量来处理，同样安排它作系统的变化，并且观察、测量、记录和分析行为反应与这一因素的关系。例如，研究某种教学媒体对学生理解知识所产生的影响时，如果考虑学生的年龄对于媒体所传递的信息的感知能力有所影响，则在实验设计时，把受试者的年龄因素包括在内，当作自变量处理。把学生按一定的年龄区间分组受试，这样所得的研究结果其外在效度便可提高。3.平衡法即利用数学概率原理，将参加实验的受试者用随机抽样与随机分派的方式进行分组，通常的办法是先用随机抽样的办法（可用编号抽签决定，或使用乱数表决定），在总体中先抽取受试样本，然后再用随机分派的方式，把样本编入实验组与控制组内，或分派到各个不同的实验组内，使各组受试者所具备的各种干扰因素机会均等，互相平衡而抵消，这就不致产生系统性的偏差。在理论上，这种方法是唯一能有效地控制所有无关变量干扰的方法。4.循环法考虑到受试组个人条件因素会对实验结果产生影响，在设计时，可把同一受试组接受几种实验处理，每个受试者都重复接受几种不同的实验条件。在各种实验条件之下，受试者个人条件因素基本不变。这样可以认为受试者个人条件因素对各个实验处理结果的影响机会均等，从而排除了干扰。上述轮组实验就是循环法的体现。 三、实验反应变量的测量在教育技术研究中，总是要涉及到许多反应变量的测量问题。所谓测量，就是依据某种法则，对事物赋于某种特征程度的符号或数字，即对研究对象的属性给予数值化的过程。（一）实验反应变量的选择教育技术实验研究的过程主要是实验者通过媒体以不同的方式作用于实验对象，使实验对象作出反应；这些反应主要表现为实验对象对媒体的接触所表现的行为，情感态度以及对媒体内容的认知程度。1.对媒体接触所表现的行为（Ya），这是指实验对象面对教学媒体，进行收听、收看时所表现的行为，包括语言行为、非语言行为和特殊语言行为。2.面对媒体时的态度（Yb），这是指对实验对象面对教学媒体时的兴趣、喜恶、关注和评价等诸方面。3.对媒体内容的认知（Yc），这是指实验对象经媒体作用后，对媒体内容的认识、理解、应用、分析、综合、评价等诸方面。实验对象这三方面的反应彼此是互相联系的。当对象对媒体接触次数多时，会对媒体的态度发生变化，也可能加深了对媒体内容的理解。当对象对媒体发生浓厚的兴趣时，也有助于对媒体内容的认知和理解。行为、态度和对内容的认知等实验反应变量，是实验对象对实验因素的作用所作出的反应，是能够被测定的变化因素。这些反应变量。既可以是事物的数量，又可以是事物的质量。例如反应速度、有效程度、错误率、正确率、记忆率等数量，可作反应变量；而某些作用的有效与无效、存在与不存在、品质的好与坏等，属于质量问题，也可以作为反应变量。反应变量的选择在整个教育技术实验中占有十分重要的地位，因为实验的结论都是从反应变量所提供的事实材料中推测、判断或推导出来的。反应变量选择是否得当，直接关系到实验的成败。(二)选择实验反应变量应遵循如下几项原则1.反应变量的客观性这是指反应变量是客观存在的，是可以为实验者或仪器所感知或记录下来的。一个实验反应变量如果是客观的，它不依人的主观愿望而转移，那么，它在一定的条件下就会重现。2.反应变量的合理性这是指某反应变量确实能代表所研究的对象，两者之间有着十分密切的关系，反应变量的变化代表着研究对象的某一种特性。3.反应变量的灵敏性这是指某项反应变量在技术上具有显示的可能性，在实验条件的严格控制下，它能无偏差地显现出来。4.反应变量的可转换性这是指反应变量既可以分级比较，也可以与其他变量相配合使用，从而表现出某种关系。虽然，有些反应变量不能直接看出其规律，但经过某种数学的变换便可看出规律性。实验反应变量的选择是否得当、是否有用，主要取决于实验者对专业理论与统计知识的掌握程度。如果实验研究所建立的假设是符合实际的，这就为反应变量的选择提供了前提条件。一项实验的反应变量，实验者既可以根据理论假设的需要自创，也可以从有关文献或其他实验中选取现成的、定型的反应变量。第四节 准实验研究及其设计方法 随着信息技术的发展，信息技术在教育领域的应用迅速扩展，其应用范围的扩大、应用层次的深入使有关的研究活动越来越多，越来越深入，为此在这一领域需要更多更好的研究方法。准实验研究方法本来是心理学研究中采用的一种研究方法，近年来已被国外教育界引入到教育研究中，为了能在教育技术领域运用这种方法，这里特对准实验研究方法的基本原理和设计方法进行阐述。一、准实验研究及其特点在介绍准实验研究方法之前，先来看看实验研究方法。概括地说，教育实验研究是为了解决某一教育问题，根据一定的教育理论和建立的假设组织有计划的教育实践，经过一定时间对效果进行比较分析，从而得出结论的研究方法。这种研究方法是在适当地控制无关变量，以随机化原则，在严格控制下进行的。实验研究很精确，但进行环境过于理想化，要花费较多的人力、物力和时间去控制对象和环境，但对于教育研究而言要进行有效控制是很难的，因为教育实验的对象常常是人而非物，不可能进行严格的控制，同时在实验中对研究者的要求也很高，让研究者和被研究者都感到有压力，而且还要受到受试单位、学校配合程度等因素的影响。基于上述的局限，实验这种研究方法在教育研究中的应用不如其它研究方法广泛，没有发挥出它的优势和作用。为了解决实验的这些不足之处，发挥实验研究应有的作用，我们可以采用原始的组，在较为自然的环境下以类似实验的方法设计方案来进行研究，这就是本节要介绍和阐述的准实验研究方法。（一）定义严格地说，准实验研究是指在无须随机地安排被试时，运用原始群体，在较为自然的情况下进行实验处理的研究方法。（二）准实验研究的特点对比起真实验研究，准实验研究有以下特点：1.降低控制水平，增强现实性 准实验设计是将真实验的方法用于解决实际问题的一种研究方法，它不能完全控制研究的条件，在某些方面降低了控制水平。虽然如此，它却是在接近现实的条件下，尽可能地运用真实验设计的原则和要求，最大限度地控制因素，进行实验处理实施的，因此准实验研究的实验结果较容易与现实情况联系起来，即现实性较强。相对而言，真实验设计的控制水平很高，操纵和测定变量很精确，但是它对于实验者和被试的要求较高，带来操作上很大的困难，现实性比较低。2.研究进行的环境不同 准实验研究进行的环境是现实的和自然的，与现实的联系也就密切得多。而实验研究的环境与实际生活中的情况相差很大，完全是一个“人工制作”的环境，与现实的联系较难。3.效度准实验设计利用原始组进行研究，缺少随机组合，无法证明实验组是否为较大群体的随机样本，同时任何因素都可能对原始群体起作用，所以因被试挑选带来的偏差将损害研究结果的可推广性，从而影响了准实验研究的内在效度，因此在内在效度上，真实验优于准实验设计。但由于准实验的环境自然而现实，它在外部效度上能够且应该优于真实验设计。因此，在考虑准实验研究的效度时应该对它的特点有清楚地认识，并注意确定实验组间的对等性，同时在逻辑上对可能有的代表性和可推广性加以论证，避开其不足之处。二、准实验研究设计方法从研究设计的思想和要求来推论，可以认为准实验设计是一种降低了控制标准的类似真实验的研究方法，因此准实验研究设计的方法在许多方面与真实验有相同之处，常用的准实验设计方法有不相等实验组控制组前后测准实验设计、不相等区组后测准实验设计、单组前测后测时间系列准实验设计、多组前测后测时间系列准实验设计、修补法准实验设计等五种。（一）不相等实验组控制组前后测准实验设计这种准实验设计方法通常应用的情况是：需要安排两组被试作为实验组和控制组进行研究，但又不能按照随机化原则重新选择被试样本和分配被试。这是一种典型的准实验设计方法，用于针对不同被试组在一开始就不相等时，进行实验组和控制组后测结果的比较，实验程序安排如表4-6所示不相等实验组控制组前后测准实验设计在进行过程中要注意两个问题。进行前测是用于检验在实验要考证的问题上实验组和控制组原有的近似程度，而不考虑其它因素。只有当两个组在考证问题上原有水平相接近时，才能进行该种准实验研究。 对结果进行分析时，要对R3和R4之间的差异进行统计检验，而非简单比较平均分、方差等，通过检验确定进行实验后两个组之间是否存在差异，差异程度如何。例4-1 某一课题要研究利用多媒体计算机辅助物理教学后学生的学习效果，应用准实验方法进行研究，设计方案如下：第一步：选取实验对象。为保证正常教学的进行，在某个年级中选择两个现成的整班参加实验。为了保证参加研究的两个班物理学习的原始水平相似，对该年级所有的班进行前测以检测起始水平，从中选出两个水平接近的整班参加研究，保证选出的两个班在物理学习上总体水平相同或相近。然后从中随机确定一个班作为实验组，接受多媒体计算机辅助物理教学；同时另一个班作为控制组按照原有教学计划和教学方式进行学习。第二步：经过同一进度的教学活动后，同时对两个班级的物理课学习成绩进行考核，考核的结果进行后测。第三步：将两个班的后测成绩分别减去各自的前测成绩，并用独立样本的t检验对这两个差值的差别显著性进行统计检验，最后判断实验组和控制组在进行实验前后是否有明显的差异，从而得出结论。在这种准实验设计方法中，实验的情况通常可用图4-4表示：（二）不相等区组后测准实验设计在研究来自不同总体的样本之间的差别时，研究的主要目的是为了发现不同样本的特点及其差异的显著性。在研究中，自变量通常是研究者操纵的能诱发和引起样本各种特点表现的情境，因变量是被试在接受这些情境时 的行为反应。这种准实验设计的方法，非常适用于对不同被试的心理特征进行研究。在这种准实验设计中，研究的设计方法和对变量的操纵等很接近真实验设计。与真实验有的区别之处在于准实验实施过程中，受试的行为反应是在某种情节安排下自发产生的，有一定的偶然性；在被试的选择方面，虽然进行分组和对象挑选，但并非严格地随机抽样，因此存在一定欠缺，但只要研究过程中控制得好所得的结果仍有说服力。例4-2 研究 课题是不同年龄的中学生利用Internet进行学习时的心理特征，运用准实验方法，设计实验研究如下：针对研究的对象是在Internet环境中学习的不同年龄的中学生，先根据年龄将中学生划分为几组，然后分别从各组中选出5名中学生进行研究，实验过程中设计了以下的情境： 给出明确的学习任务，指定网站和网页，让学生进行25分钟的网上学习； 给出明确的学习任务，未指定网站，让学生进行25分钟的网上学习； 未给出明确的学习任务，未指定网站，让学生进行25分钟的网上学习； 给出明确的学习任务，指定网站和网页，让学生进行50分钟的网上学习； 给出明确的学习任务，未指定网站，让学生进行50分钟的网上学习； 未给出明确的学习任务，未指定网站，让学生进行50分钟的网上学习。拟研究的学生反应行为和学习情况为以下面五个方面： 学生的探究行为； 学生的自控能力； 学生的自学能力； 学生的反应时间； 学生的焦虑反应。对学生的探究行为、自控能力和自学能力采用卡方检验，对焦虑反应和反应时间采用t检验，分别检验差异程度，最后分析得出实验结果。（三）单组前测后测时间系列准实验设计这种研究设计中只安排一个被试组，进行方法是：在一个时间段中，按固定的周期对被试组成员进行一系列的某种测试，然后让被试组接受实验处理（如某种与测试内容有关的训练或指导等），之后又按原来的周期安排同样的一系列测试。单组前测后测时间系列准实验设计程序模式如表4-7所示。在这种设计中，进行前后测结果的差异比较时，不能只用实验处理前后最接近的两次结果R5和R4进行比较，也不能用R5和R4直接作统计分析，要采用回归方程来判断一系列前后测数据之间的关系。具体的方法是：首先，根据实验处理前的各次前测结果求出回归方程（直线回归或曲线拟合）。然后按外推法将假设不接受实验处理的情况下，对应后测的各次测试时间上可能的结果推算出来。即对前测结果作直线回归后再外推计算出R5、R6、R7等，作为与R5、R6、R7等进行对比的数值，以此类推到以后各次测试。由于是对单组被试进行比较，所以必须用相关样本的t检验作R5、R6、R7等与R5、R6、R7等之间的统计检验，确定接受处理和未接受处理的实验之间的是否存在差异，差异是否显著，设计结果如图4-5所示。例4-3 研究课题是:对小学生在多媒体教学网中用多媒体教学软件进行阅读时，个别阅读与小组阅读的效果进行研究。研究设计方案如下：第一步：前六个星期，每个星期安排一定的时间，让实验班学生采用个别阅读的方法进行阅读学习，且在每周星期五进行一次测验。第二步：在第七周采